Mg kattkılı CCTO seramiklerin dielektrik özelliklerinin ve karakterizasyonunun incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, 0 ≤ x ≤ 0,08 mol bileşim aralığında kalsiyum bakır titanat, CaCu3Ti4O12(CCTO) katkılı magnezyum oksit, katı-hal reaksiyon metodu kullanılarak hazırlandı,ardından elde edilen numunelerin faz yapıları, morfoloji ve dielektrik özellikleriniiyileştirmek amacıyla 20'şer ve 40'ar saat süreyle, 1030°C sıcaklıkta CCTO sinterlenmesiişlemi yapılmıştır. CCTO ve Mg katkılı CCTO'nun mikroyapısı, yapısal morfolojisi XRDve SEM tarafından incelenmiştir. CCTO ve MgO tozları kullanılarak hazırlananCCTO/Mg katkılı seramiklerin dielektrik özellikleri empedans spektroskopisikullanılarak incelenmiştir. Numunelerin bağıl dielektrik sabitleri 100 Hz ile 1 MHzaralığındaki frekansa bağlı değişimleri incelenmiştir. Mg'nin CCTO'ya katkılamaetkisinin dielektrik sabitini arttırabildiği, 40 saat boyunca 100 Hz'de x=0,02 için eldeedilen, R=1044,28 maksimum dielektrik sabiti ile görülmüştür. 100 Hz'lik frekansdeğerinde elde edilen en düşük dielektrik sabiti saf CCTO için R=240,47 değerindedir,bunu SEM fotoğrafları da doğrulamaktadır. Sırasıyla 0,02CCTO20, 0,05CCTO20 ve0,06CCTO40 için SEM fotoğrafları kübik düzgün yüzeylere sahip taneleri gösterir.SEM sonuçları, katkılamanın dielektrik sabitinin arttırması ile tane boyutunun da arttığınıveya yoğunlaşmanın belirginleştiğini göstermektedir. SEM sonuçları, katkılamadandolayı dielektrik sabitinin artmasıyla etkin bir şekilde tanelerin genişlemesi veyayoğunlaşmasını göstermektedir. kristal faz oluşumu eşliğinde kafes yapının genişlemesi(x = 0,01; 0,02 ve 0.06 için), X-ışını difraksiyon çalışmaları ile doğrulanmıştır. Sonuçolarak, CCTO'nun yanında bir magnezyum oksit fazının varlığı dielektrik özellikleriniyileştirilmesinde önemli bir rol oynar.Anahtar Sözcükler: CaCu3Ti4O12 (CCTO), MgTiO3, Dielectric properties, XRD, SEM.

In this work, calcium copper titanate, CaCu3Ti4O12 (CCTO) with magnesium oxide, MgOcomposition of 0 ≤ x ≤ 0,08 were prepared using the solid-state reaction method followedby sintering of CCTO at 1030oC and for 20 and 40 h, sintering processes were employedin order to improve phase structures, morphology and dielectric properties. XRD andSEM have studied the microstructure, structural morphology of CCTO and Mg-dopedCCTO. The dielectric properties of CCTO/ Mg-doped ceramics which prepared usingCCTO and MgO powders was studied using impedance spectroscopy. The relativedielectric constants of the samples were examined for frequency dependent changes inthe range of 100 Hz to 1 MHz. The doping effect of Mg to CCTO was seen to be able toincrease the dielectric constant with maximum dielectric constant shown by x = 0.02,R=1044.28 at 100 Hz for 40 h. The lowest dielectric constant at frequency 100 Hzobtained was shown by pure CCTO with a value of 240.47, which is also evident fromthe SEM micrographs. The SEM micrograph shows the grains with smooth surfacesassociated with cubical appearance for 0.02CCTO20, 0.05CCTO20, and 0.06CCTO40,respectively. SEM results show that doping effectively enhanced grain growth ordensification, which should increase the dielectric constant. Efficient crystalline phaseformation (for x=0.01, 0.02 and 0.06) accompanied by doped lattice constant expansionwas confirmed through X-ray diffraction studies. As a result, the presence of a magnesiumoxide phase beside the CCTO plays an important role for enhancing the dielectricproperties.Keywords: CaCu3Ti4O12 (CCTO), MgTiO3, Dielectric properties, XRD, SEM.